Sistema de Controle de Potência Ativa e Reativa na

Sistema de Controle de Potência Ativa e Reativa na Regulação de Baixa Tensão em Redes
de Distribuição
Fabiana Seidel 1, Felipe Joel Zimann,2 Alessandro Batschauer 3
1
Acadêmica do Curso de Engenharia Elétrica - CCT – bolsista PIBIC/CNPq
Acadêmico do Curso de Doutorado em Engenharia Elétrica – CCT
3
Orientador, Departamento de Engenharia Elétrica – CCT – [email protected]
2
Palavras-chave: Filtro Seletivo de Harmônicas. Inversor Trifásico. Potência Ativa e Reativa
I.
OBJETIVO
Devido ao consumo crescente de energia elétrica e a preocupação com a qualidade de energia
fornecida aos consumidores a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) estabeleceu
diretrizes para o funcionamento e desempenho para os sistemas de distribuição de energia
elétrica, que são abordados nos Procedimentos de Distribuição (PRODIST). As características
abordadas no Módulo 8 envolvem a tensão em regime permanente, fator de potência,
harmônicos, desequilíbrio de tensão, flutuação de tensão, variações de tensão de curta duração e
variação da frequência.
Uma das principais características que deve ser atendida pela Companhia de Distribuição é a
tensão fornecida em um nível adequado aos consumidores, caso a tensão fornecida esteja em
níveis precários ou críticos a companhia deve efetuar a correção dentro de curtos prazos, porém
este processo pode levar muito tempo para planejamento e execução. Para isso podem ser
empregados filtros ativos, que possuem algumas topologias adequadas para a regulação de
tensão, possuindo baixo volume, alta resposta dinâmica, controle de potência injetada e sistema
de controle adequado para diversas aplicações.
O objetivo desta pesquisa foi desenvolver um dispositivo que pudesse levar a tensão no ponto
de conexão de cargas para o nível adequado de maneira rápida até que possam ser tomadas
providencias definitivas pela concessionária, utilizando a potência reativa disponível na rede e
uma fonte auxiliar de potência ativa, caso a reativa não seja suficiente.
II.
METODOLOGIA
Nesta pesquisa foi utilizado um inversor de tensão controlado em corrente, trifásico, a quatro
fios, com filtro LCL de segunda ordem, conectado à rede de distribuição pelo ponto de conexão
de cargas para fazer a compensação de tensão por energia ativa e reativa em redes trifásicas de
distribuição, além de ter capacidade de operar como filtro para frequências harmônicas
específicas.
Diferente das redes de média e alta tensão, onde os parâmetros resistivos da linha podem ser
desprezados, as redes de baixa tensão possuem parâmetros resistivos significativos em relação
aos parâmetros indutivos, sendo necessária a utilização de potência ativa na compensação da
tensão. Tendo em vista as características das impedâncias das linhas, buscou-se utilizar um
sistema para gerenciamento do controle modificando as referências de corrente para que seja
priorizada a utilização de energia reativa na regulação. O controle de corrente possui uma
referência sincronizada por um Phase Locked Loop que tem como base a tensão no ponto de
conexão de cargas. O controle da tensão de barramento é efetuado pelo inversor, enquanto o
conversor cc-cc bidirecional controla o fluxo de energia entre o sistema de armazenamento e o
barramento cc.
III.
RESULTADOS
O sistema proposto foi inicialmente simulado com cargas equilibradas e utilizando a
referência de tensão mínima para regulação de tensão. Com uma carga resistiva-indutiva, fator de
potência de 0,9 e potência aparente de 0,8 p.u. Pode-se visualizar na Fig.1 as tensões das três
fases no Ponto de Conexão de Cargas (PCC), com e sem compensação. Na Figura 1 também
podem ser observados os valores de tensão eficaz das fases no PCC, a partir do início da
compensação ocorre a elevação no valor eficaz da tensão até atingir o valor de regulação
desejado. Quando simulado com cargas desequilibradas, também foi utilizada a referência de
tensão mínima para regulação de tensão, com cargas de fator de potência de 0,9, 0,9 e 0,7 e
potência aparente de 0,8, 1,0 e 0,8 p.u., nas fases A, B e C respectivamente. Pode-se observar na
Fig.12 as tensões desequilibradas e após a compensação a elevação dos valores eficazes e
balanço entre as fases, isso porque o sistema opera de forma independente em cada fase.
Foram inseridos retificadores monofásicos com filtro capacitivo de diferentes potências em
cada fase (cargas não-lineares), injetando assim conteúdo harmônico da tensão do PCC. O
controle do conversor projetado sintetiza as harmônicas de 3ª, 5ª e 7ª ordem, onde está
concentrada a maior energia para compensação. O conteúdo harmônico nas tensões de fase Va,
Vb e Vc sem compensação eram 5,1%, 3,7% e 2,6%, respectivamente, após a compensação foi
observado a redução dos harmônicos de maior ordem para valores de distorção harmônica
aceitáveis (1,3%, 1,1% e 0,9%).
Fig.1 Valores eficazes das tensões de fase, antes (Va= Vb= Vc= 0,8400 p.u.) e depois (Va= Vb= Vc= 0,9136 p.u.) da compensação de tensão por
energia ativa e reativa com cargas equilibradas.
Fig. 2 Valores eficazes das tensões de fase, antes (Va= 0,8674 p.u.
Vb= 0,8400 p.u. Vc=0,8745 p.u.) e depois (Va= Vb= Vc= 0,9136 p.u.)
da compensação de tensão por energia ativa e reativa com cargas
desequilibradas.
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